Ультразвуковая газодинамическая форсунка

(51) 01 3/04 (2006.01) 06 1/10 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ использовано в различных отраслях промышленности, предпочтительно в энергетике и металлургии для сжигания углеводородных топлив. Целью изобретения является обеспечение направленности акустической энергии,генерируемой газоструйным акустическим диспергатором, остаточной после распыления топлива и поддержания образовавшихся капель в колеблющемся состоянии до их полного сгорания. Поставленная цель достигается тем, что соосно с корпусом диспергатора установлен концентратор акустической энергии, выполненный в виде цилиндра с образованием кольцевого зазора и возможностью возвратно поступательного перемещения вдоль оси корпуса.(72) Зейфман Валентин Маркович Шишкин Аркадий Александрович Шишкин Андрей Аркадьевич(73) Акционерное общество Казахский научноисследовательский институт энергетики им. академика Ш.Ч. Чокина(57) Изобретение относится к устройствам для распыления топлива в виде однородной жидкости,эмульсии или суспензии путем воздействия на него струями сжатого воздуха, и может быть Изобретение относится к устройствам для распыления топлива в виде однородной жидкости,эмульсии или суспензии путем воздействия на него струями сжатого газа, преимущественно воздуха, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, предпочтительно в энергетике и металлургии для сжигания углеводородных топлив. По основному инновационному патенту РК 24681 известен газоструйный акустический диспергатор для распыления однородных жидкостей, эмульсий и суспензий, содержащий корпус и коаксеально установленную в нем конусную втулку с центральным отверстием,коническая поверхность которой плотно прилегает к конической поверхности выходного отверстия корпуса, при этом в головке втулки нарезаны прямолинейные пазы, сообщающиеся с полостью корпуса и образующие отдельные сопла для прохода сжатого газа, а по оси корпуса в центральном отверстии втулки установлен стержень с образованием кольцевого канала для подвода диспергируемого материала, причем один конец стержня неподвижно закреплен, а другой конец выступает за наружный торец корпуса на длину,превышающую расстояние от торца корпуса до точки пересечения оси паза с поверхностью стержня. Стержень выполнен разъемным, что позволяет регулированием акустического резонанса добиться ультразвукового излучения и высокой степени диспергирования. Промышленные испытания и применение известного газоструйного акустического диспергатора в качестве форсунки для сжигания мазута в технологических аппаратах показали, что генерируемая им энергия акустических колебаний лишь частично расходуется на распыление топлива и поддержание образовавшихся капель в колеблющемся состоянии до полного сгорания. Остаточная акустическая энергия используется в топочном объеме для интенсификации тепло и массопереноса на перерабатываемые материалы в технологическом аппарате. Однако,определенная часть остаточной акустической энергии используется недостаточно эффективно в связи с расширением осциллирующих струй газа, отраженных от центрального стержня. Поэтому плотность акустической энергии(интенсивность излучения, Вт/см 2) и кинетическая энергия газа-распылителя постепенно падают. Отсутствие направленности излучения является недостатком прототипа. Направленность акустического излучения позволит увеличить интенсивность воздействия знакопеременного акустического давления на те участки технологического аппарата, на которых необходимо интенсифицировать процессы, как теплопереноса, например на экранные трубки парогенератора в энергетике, так и процессы массообмена между газовой и/или жидкой и твердой фазами, например при окислении и восстановлении в металлургии. Известно, что для обеспечения направленности акустического излучения источники звука 2(Физика и техника мощного ультразвука. Под ред. Резенберга Л.Д., 1967 г., кн. 1, с.48). Но в промышленности они не используются, так как сложны в изготовлении. Известна конусообразная насадка для концентрации акустической энергии (Инновац. патент РК 24365, опубл. 15.08.2011, бюл. 8),используемая совместно с газоструйным акустическим диспергатором. Цилиндрический выступ со стороны основания насадки опирается на наружный торец диспергатора. Такое техническое решение при использовании диспегатора в качестве форсунки, хотя и обеспечивает направленность акустического излучения,но исключает возможность поступления необходимого количества вторичного воздуха для полного сгорания диспергированого топлива. Известен газоструйный генератор звука,помещенный в цилиндр,ось которого перпендикулярна оси генератора, с отражателем звука в виде плоского диска в торце цилиндра (А.с. СССР 140278, 1961, бюл. 15). Данное устройство хотя и предназначено для направленного акустического излучения от генератора звука, но расположение и конструкция которого не могут быть применены для эффективного диспергирования жидкостей. Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности акустического воздействия от газоструйного акустического диспергатора на перерабатываемый материал при сжигании топлива. Указанный результат достигается тем, что ультразвуковая газодинамическая форсунка содержит корпус, коаксиально установленную в нем конусную втулку с центральным отверстием,коническая поверхность которой плотно прилегает к конической поверхности выходного отверстия корпуса, при этом в головке втулки нарезаны прямолинейные пазы, сообщающиеся с полостью корпуса и образующие отдельные сопла для прохода сжатого газа, а по оси корпуса в центральном отверстии втулки установлен стержень с образованием кольцевого канала для подвода диспергируемого топлива, причем один конец стержня неподвижно закреплен, а другой выступает за наружный торец корпуса на длину,превышающую расстояние от торца корпуса до точки пересечения оси паза с поверхностью стержня, при этом стержень выполнен разъемным, а соосно с корпусом установлен концентратор акустической энергии в виде цилиндра с образованием кольцевого зазора и возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси корпуса. На фигуре показан общий вид форсунки,продольный разрез. Ультразвуковая газодинамическая форсунка содержит корпус 1, коаксиально установленную в нем конусную втулку 2, с центральным отверстием 3. Коническая поверхность 4 втулки 2 плотно прилегает к конической поверхности выходного отверстия корпуса 1. В головке втулки нарезаны прямолинейные пазы 5, которые сообщаются с полостью 6 корпуса и образуют отдельные сопла для прохода сжатого газа. По оси корпуса в центральном отверстии 3 установлен стержень 7 с образованием между ним и втулкой 2 кольцевого канала 8 для подвода диспергируемого топлива. Стержень 7 выступает за наружный торец корпуса на длину, превышающее расстояние от торца до точки а пересечения оси паза 5 с поверхностью стержня. В стержне 7 выполнен разъем (например,винтовой), образующий две части стержня неподвижно закрепленную часть 9 и заменяемую часть 10, выступающую за наружный торец корпуса. Соосно с корпусом 1 установлен концентратор акустической энергии в виде цилиндра 11 с образованием кольцевого зазора 12. Патрубок 13 и кронштейн 14- детали для крепления цилиндра 11 на корпусе форсунки 1. Болт 15 предназначен для фиксации концентратора в расчетном положении после перемещения вдоль оси корпуса форсунки(устройство для перемещения концентратора не показано). Ультразвуковая газодинамическая форсунка работает следующим образом. В полость 6 корпуса 1 подают под давлением газ, преимущественно воздух, который поступает в пазы 5, нарезанные в головке втулки 2, а диспергируемый материал подают в кольцевой канал 8 (линии подвода газа и диспергируемого материала не показаны). Струи газа, вытекающие со звуковой или сверхзвуковой скоростью из пазов 5, направлены на центральный стержень 7 под острым углом, что обеспечивает при отражении от поверхности стержня возникновение у каждой струи осциллирующего скачка уплотнения и таким образом преобразования кинетической энергии газа в акустические колебания с минимальными диссипативными потерями. Вся система скачков уплотнения создает плотный поток акустической энергии, взаимодействующий с диспергирующим материалом, истекающим из кольцевого канала 8 вдоль оси стержня 7. В тоже время выходящие струи газа создают вокруг кольцевого канала область относительного разряжения, которое, распространяясь по каналу,способствует равномерному распределению массы диспергируемого материала по поверхности центрального стержня. Подобранные материалы и размер заменяемой части стержня 10 обеспечивают резонанс продольных колебаний стержня с дискретной частотой акустического излучения. В результате достигается существенное увеличение степени диспергирования суспензий. Перемещая цилиндр 11 вдоль корпуса 1 и фиксируя его положение болтом 5 добиваются необходимых угла раскрытия факела на выходе из цилиндра и площади акустического воздействия на тепло-массообменную поверхность технологического аппарата. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Ультразвуковая газодинамическая форсунка,содержащая корпус, коаксиально установленную в нем конусную втулку с центральным отверстием,коническая поверхность которой плотно прилегает к конической поверхности выходного отверстия корпуса, при этом в головке втулки нарезаны прямолинейные пазы, сообщающиеся с полостью корпуса и образующие отдельные сопла для прохода сжатого воздуха, а по оси корпуса в центральном отверстии втулки установлен стержень с образованием кольцевого канала для подвода диспергируемого материала, причем один конец стержня неподвижно закреплен, а другой конец выступает за наружный торец корпуса на длину,превышающую расстояние от торца корпуса до точки пересечения оси паза с поверхностью стержня, при этом стержень выполнен разъемным,отличающаяся тем, что соосно с корпусом установлен концентратор акустической энергии,выполненный в виде цилиндра с образованием кольцевого зазора и возможностью возвратно поступательного перемещения вдоль оси корпуса.